为什么半导体可以做成计算机？

电压电流如何实现二进制数？

 电压电流只要划定范围，就可以表示数据，比如高于某个值的电压表示二进制数的1，低于某个值的电压表示二进制数的0。只要控制电路中的电压，就可以在电路中表示1和0，就可以据此来做输入输出。
为什么用电压高低表示数据而不用电流大小来表示数据？这是因为半导体大多数是电压型器件，不是电流型器件，输入电压控制输出电压的器件好做，输入电流控制输出电流的器件不好做。
控制高低电平切换不难，但是控制高低电平切换时间就不容易了。在大量电路同步运行时，电压高多长时间表示一个1，电压低多长时间表示一个0，都需要严格规定，并且需要设计电路来遵守该时间。聪明人为了给数字逻辑电路能有时间规律，就再设计了参考电路作为时钟，这个参考电路必须非常规律的周而复始的输出一段时间低电平，接着输出一段时间高电平。这样就可以按该时钟来判定其他逻辑电路是表示多少个1或0了。往往这个高低电平切换的时间点相比高低电平保持的时间会有些偏差，只要将偏差控制在一定范围内，就可以忽略偏差，这在术语上叫时钟的jitter和skew，中文译作抖动和偏移。

什么是半导体，PN结，PMOS、NMOS到CMOS的概念分别是什么？

半导体在教材中有很严谨正式的理论定义，通俗的讲就是一种内部负电荷（术语叫电子）或正电荷（术语叫空穴）不足够稳定的元素固体，其导电系数处于绝缘体和导体之间，比如硅和锗。纯粹的硅或锗是结构整齐稳定的晶体，几乎等同于绝缘体，只有在掺杂富含电子的杂质（比如磷元素或锑元素）或富含空穴的杂质（比如硼元素或铟元素）后，才算有意义的半导体。特别是掺杂不同杂质的半导体合在一起，就组成了PN结，P就是Positive的首字母，指的是空穴带正电的半导体，N就是Negative的首字母，指的是电子带负电的半导体。
换句话说，在一块完整的硅片上，用不同的掺杂工艺使其左边形成N型半导体，右边形成P型半导体，那么在两种半导体的交界面附近就形成了PN结。
PMOS，全称是positive channel Metal Oxide Semiconductor（中文译作p沟道金属氧化物半导体场效应管），是指n型衬底、p沟道，靠空穴的流动运送电流的MOS管。N型硅衬底上用掺杂工艺做两个P+区，分别叫做源极和漏极，栅极与其它电极间绝缘，源极和漏极之间不导通，在栅极加电压能导通就叫P沟道增强型场效应晶体管，如果源极和漏极之间默认导通，在栅极加电压反而不导通了就叫P沟道耗尽型场效应晶体管。
NMOS，全称是Negative channel Metal Oxide Semiconductor（中文译作n沟道金属氧化物半导体场效应管），是指p型衬底、n沟道，靠电子的流动运送电流的MOS管。
CMOS，全称是Complementary Metal Oxide Semiconductor，是用增强型PMOS和增强型NMOS并联而成，原理图上看是上P下N，PMOS和NMOS漏极连通到输出端，PMOS和NMOS栅极连通到输入端，PMOS源极接高电平，NMOS源极接低电平。而实际物理工艺上CMOS的实现是用P型衬底，在衬底的同一面上分两边刻上N衬底的PMOS和NMOS，其中PMOS衬底一般还要接高电平（接PMOS源极），这样的PMOS无需栅极加负压，只要为低电平即可导通。
CMOS栅极输入电压为低电平时，PMOS导通NMOS截止，输出电压从PMOS的源极流到漏极，PMOS内部电压损耗极小可忽略不计。输入电压朝高电平上升达到NMOS导通电压时，NMOS导通PMOS截止，输出为低电平。所以，只要根据P型和N型的物理特性控制好NMOS与PMOS的导通电压与导通时间等参数，就可以制造出一个相对完美的低功耗CMOS反相器。话说如此，要能做到这点就很不容易了，需要在相当坚实的理论计算指导下用相当精确的工艺做出来。集成电路发明之后，在半导体等比缩小的规律下，半导体的制造工艺进步非常快，其知识体系发展到现在也已经非常复杂庞大，基于CMOS工艺的大规模集成电路制造是人类社会上制造精度最为精密，制造条件最为苛刻，制造工序上百道的一个顶尖复杂工程，有庞大的从业人员和大批量高级昂贵的精密自动化机器在为此日夜不停的工作着。

为什么半导体可以做成计算机？

半导体做成的NMOS/PMOS/CMOS，能够用电压作为输入，去控制输出的电压，再按划分好的电压值域表示对应的1和0，就可以做成各种二进制数形式的输入，并且对应另外各种二进数的输出。这样用很多MOS管搭在一起就能实现多位二进制数的布尔逻辑运算，进而实现数学的所有复杂运算。